یخ داغ و تیره در دل نپتون؛ سرنخی تازه برای میدان مغناطیسی نامنظم

در اعماق سیارات غول‌پیکر یخی مانند نپتون و اورانوس، آب به شکلی کاملاً متفاوت از آنچه روی زمین می‌شناسیم وجود دارد؛ آبی که نه مایع است، نه یخ معمولی، بلکه حالتی عجیب، داغ و تیره دارد.

پژوهش‌های تازه نشان می‌دهد این نوع آب که «آب فرایونی» نامیده می‌شود، ساختاری به‌مراتب آشفته‌تر از تصورات پیشین دارد و همین ویژگی می‌تواند توضیحی برای میدان‌های مغناطیسی نامنظم این سیارات باشد.

• امکان رزرو هتل در کره ماه فراهم شد: قیمت هر شب اقامت چقدر است؟

در هسته‌های نپتون و اورانوس، فشار و دما به حدی بالا است که آب به حالتی ناآشنا در شرایط زمینی تبدیل می‌شود. آب فرایونی از نظر فیزیکی شبیه جامد به نظر می‌رسد، اما در واقع شبکه‌ای بلوری از اتم‌های اکسیژن است که اتم‌های هیدروژن درون آن آزادانه حرکت می‌کنند و همین حرکت، قابلیت هدایت الکتریکی را فراهم می‌سازد. دانشمندان سال‌ها تصور می‌کردند این شبکه ساختاری منظم و «کامل» دارد که می‌تواند به شکل مکعب مرکز حجمی یا مکعب با وجوه پرشده شکل بگیرد.

با این حال، چنین ساختارهای منظم با داده‌هایی که فضاپیمای وویجر ۲ هنگام عبور از کنار نپتون و اورانوس ثبت کرده بود، همخوانی نداشتند. میدان‌های مغناطیسی این سیارات به‌طرزی غیرعادی ناهم‌تراز و آشفته هستند و همین مسئله دانشمندان را به انجام آزمایش‌های تجربی سوق داد.

در مجموعه‌ای از آزمایش‌ها که نتایج آن در نشریه Nature Communications منتشر شده، پژوهشگران با استفاده از ابزار «سندان الماس» توانستند فشار را تا حدود ۱.۸ میلیون اتمسفر افزایش دهند و سپس با تاباندن لیزر پالسی، دما را به حدود ۲۵۰۰ کلوین برسانند. در این شرایط، نمونه‌ای از آب فرایونی برای مدت بسیار کوتاهی شکل گرفت. از آنجا که این حالت ناپایدار است، پژوهشگران تنها چند تریلیونیم ثانیه فرصت داشتند تا با پراش اشعه ایکس، ساختار آن را بررسی کنند.

نتایج به‌دست‌آمده شگفت‌انگیز بود. به‌جای یک شبکه بلوری منظم، داده‌ها نشان دادند که ساختار آب فرایونی ترکیبی از چندین الگوی مختلف، از جمله ساختارهای مکعبی و شش‌ضلعی فشرده است. این آشفتگی ابتدا به‌عنوان خطای آزمایشگاهی در نظر گرفته شد، اما تکرار آزمایش‌ها در شتاب‌دهنده‌ای دیگر در آلمان همان نتایج را تأیید کرد.

ادامه آزمایش‌ها نشان داد با افزایش فشار، شبکه‌های مختلف می‌توانند هم‌زمان در کنار هم ظاهر شوند و گذار مشخص و ناگهانی میان ساختارها وجود ندارد. این پیچیدگی، تصویری تازه از رفتار آب فرایونی ارائه می‌دهد و می‌تواند توضیح دهد چرا میدان‌های مغناطیسی نپتون و اورانوس تا این حد ناپایدار و نامنظم هستند.

هرچند این آزمایش‌ها تنها بازسازی کوتاه‌مدتی از شرایط درونی غول‌های یخی هستند، اما یافته‌ها نشان می‌دهد این نوع آب می‌تواند بخش بزرگی از ساختار داخلی این سیارات را تشکیل دهد. با توجه به فراوانی سیارات غول‌پیکر یخی در میان سیارات فراخورشیدی شناخته‌شده، آب فرایونی شاید یکی از رایج‌ترین اشکال آب در کهکشان باشد؛ آبی که اگرچه روی زمین دیده نمی‌شود، اما نقش مهمی در درک ما از جهان ایفا می‌کند.